專利名稱：電感電容品質(zhì)因數(shù)損耗測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量電抗、阻抗及其派生特性的裝置。
已有的半橋電路用于測量電感L、電容C、品質(zhì)因數(shù)Q和損耗D等參數(shù)時(shí)，采用四相位發(fā)生器，單路相敏檢波(PSD)，快速濾波(LPF)和大規(guī)模集成電路(LSI)雙積分式A／D變換。(參見唐統(tǒng)一、王懷亮等《交流電橋》，P264～281，機(jī)械工業(yè)出版社，1988.4)。
亨利(Henry.P.HALL，見IEEE儀器與測量，第22卷，1973年12月第387～390頁)提出一種CRL參數(shù)測量儀，包括半橋電路、放大電路、高低通濾波器、功能轉(zhuǎn)換開關(guān)、一路相敏檢波、比較器和邏輯電路以及顯示電路、計(jì)數(shù)器和電源。
上述電路中的雙積分電路的輸入端由復(fù)雜的邏輯電路控制，在積分期與反積分期期間分別與半橋電路的兩路輸出相關(guān)，屬于分時(shí)測量。
由于只有一路相位檢波，邏輯控制電路就必須在整個(gè)測量期間不斷地改換半橋電路的兩路輸出及PSD的參考相位，因此對控制電路及濾波器的要求均很高。
本發(fā)明的目的在于提供一種測量精度較高，相位失真較小，量程范圍較大，適合與LSI雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器直接配合完成全部測量功能?？膳c數(shù)字萬用表組合的多功能數(shù)字測量裝置，主要用于測量電容器容量C、損耗D，電感器電感L、品質(zhì)因數(shù)Q等參數(shù)。
本裝置主要包括信號源Us，限流電阻R0，半橋電路(A1、A2、R)，兩路移相電路(φ1、φ2)，兩路相敏檢波器(PD1、PD2)、功能選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)和雙積分A／D轉(zhuǎn)換器以及顯示測量和電源電路等。
信號源Us為正弦振蕩器。半橋電路包括放大器A1和電流／電壓轉(zhuǎn)換器(量程電阻R和放大器A2組成)。兩路相位檢波(PD1、PD2)分別與半橋電路的兩路輸出相關(guān)，其參考信號由兩路移相器(φ1、φ2)提供，其兩路輸出分別作為雙積分A／D轉(zhuǎn)換器的參考信號(標(biāo)準(zhǔn)電壓)和輸入信號。
本裝置由于采用了兩路相位檢波器，可直接與LSI雙積分A／D轉(zhuǎn)換器接口，完成矢量相除功能，在測量期間，開關(guān)不必切換，僅在改變功能時(shí)才切換。所以電路簡單，性能好，誤差小。兩路相位檢波器的參考信號不直接取自信號源，而取自半橋的電壓或電流取樣端，即A1或A2的輸出端，具有附加相移小，測量準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。移相網(wǎng)絡(luò)可選用相位可調(diào)式有源RC移相網(wǎng)絡(luò)，可調(diào)范圍大，精度高，有利于減少相位引起的誤差。本裝置對振蕩源長期穩(wěn)定度要求不高，僅要求在每次測量周期內(nèi)振蕩器振幅、頻率穩(wěn)定度優(yōu)于整個(gè)裝置的準(zhǔn)確度就可以了，并可與數(shù)字萬用表結(jié)合組成多功能數(shù)字表。


圖1為本裝置工作原理圖。
圖2為振蕩器電路原理圖。
圖3為移相電路原理圖。
圖4為相敏檢波器原理圖。
圖5為測量電容器電容原理圖。
圖6為測量電感原理圖。
圖7為測量電容器損耗D值原理圖。
圖8為測量電感器Q值原理圖。
實(shí)施例如圖1所示，本裝置包括信號源Us，限流電阻R0，半橋電路(A1、A2、R)，兩路移相網(wǎng)絡(luò)(φ1、φ2)，兩路相敏檢波器(PD1、PD2)，功能選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)(S1a，S1b，S1c，S1d，S2a，S2b)和雙積分A／D轉(zhuǎn)換器等。Zx為被測元件。
如圖2所示給出正弦振蕩器作為信號源Us。Us通過限流電阻R0和被測元件Zx與半橋電路連接。半橋電路包括增益固定的放大器A1和電流／電壓轉(zhuǎn)換器，電流／電壓轉(zhuǎn)換器由量程電阻R和放大器A2組成。其輸出通過功能選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)S1a、S1b與兩路移相網(wǎng)絡(luò)和兩路相敏檢波器連接。A1的輸出與被測元件兩端電壓成固定整數(shù)倍。
如圖3所示給出相位可調(diào)式有源RC移相網(wǎng)絡(luò)，其輸出通過功能選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)S1c、S1d、S2a和S2b作為相敏檢波器的參考信號。
如圖4所示給出相敏檢波器原理圖，兩路相位檢波分別與半橋電路的兩路輸出相關(guān)，兩路輸出分別作為LSI雙積分A／D轉(zhuǎn)換器的參考信號(標(biāo)準(zhǔn)電壓)和輸入信號。
功能選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)為互鎖多鍵開關(guān)，用于選擇電容量、電感值、品質(zhì)因數(shù)和損耗等參數(shù)的測量，測量C時(shí)，S1撥向“C”端，S2撥向“L.C”端，余類推。
測量電容器電容C時(shí)，如圖5所示，Cp為并聯(lián)等效電容，Gp為并聯(lián)電導(dǎo)，令A(yù)1＝1，可得ùx＝
／(Gp＋jwcp)ùy＝－ùx.R(Gp＋jwcp)將移相90°后的ùx作為參考電壓對ùy進(jìn)行相位檢波，可得到ùj＝ùxWRCp輸出電壓Uj為其平均值(直流分量)，即Uj＝KUxWRCp(K為檢波效率)將ùx經(jīng)整形后用于對ùx本身進(jìn)行相位檢波，可得Uy＝KUx(Ux為ùx的峰值)雙積分?jǐn)?shù)字表頭的讀數(shù)N與其輸入電壓Vj、Vr之間有如下關(guān)系N＝(Vj／Vr)×1000＝WRC×1000由此可見，只要使WR為一個(gè)10的整數(shù)次冪，就可以從數(shù)字表的讀數(shù)中直接得到被測電容的容量C。
測量電感器的電感值L時(shí)，如圖6所示。如上所述同樣可得ùy＝－ùx(Rs＋jWL)／RU0＝ùy.j＝UxWL／RN＝WL×1000／R顯然，只需使W／R為一個(gè)10的整數(shù)次冪就可直接得到電感值L。
測量電容器損耗值D時(shí)，如圖7所示。
∵ùx＝ù／(Gp＋jwcp)ùy＝－ùR＝－ùxR(Gp＋jwcp)Ur＝｜ùy／ùx｜j＝KUxRWCPUj＝｜ùy／ùx｜R＝KUxRGP∴D＝Uj／Ur＝WCP／GP。
測量電感器Q值時(shí)，如圖8所示。
∵ùx＝－ùRùy＝ù(Rs＋jWL)＝－Ux(Rs＋jWL)／RUj＝ùy.j｜Rea｜＝WLKU／RUr＝ùy(－1)｜Rea｜＝R KU／R∴Q＝Uj／Ur＝WL／R。
Us采用正弦波振蕩器，頻率為1KHZ或100HZ。采用一般數(shù)字萬用表作為顯示、測量電路。
權(quán)利要求1.一種電感、電容、品質(zhì)因數(shù)和損耗測量裝置，包括信號源、限流電阻、半橋電路、相敏檢波器、功能選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)、顯示測量和電源電路等，其特征在于設(shè)有兩路移相電路，兩路相敏檢波器和LSI雙積分A/D轉(zhuǎn)換器；信號源為正弦振蕩器，并通過限流電阻R0和被測元件與半橋電路連接；半橋電路由放大器和電流/電壓轉(zhuǎn)換器組成，其輸出通過功能選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)與兩路移相電路和兩路相敏檢波器連接；兩路移相器輸出信號分別作為兩路相敏檢波器的參考信號；兩路相敏檢波器的輸出分別作為LSI雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的參考信號(標(biāo)準(zhǔn)信號)和輸入信號。
2.如權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于半橋電路采用增益固定的放大器，電流／電壓轉(zhuǎn)換器由量程電阻R和放大器組成。
3.如權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于所述的正弦振蕩器的頻率為1KHZ或100HZ。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種測量電抗、阻抗及其派生特性的裝置。它提供一種測量精度較高，相位失真較小，量程范圍較大，適合與LSI雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器直接配合完成全部測量功能，可與數(shù)字萬用表組合的多功能數(shù)字式電容、電感、品質(zhì)因數(shù)和損耗的測量裝置。它包括信號源、限流電阻、半橋電路、兩路移相電路、兩路相敏檢波器、功能選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)和LSI雙積分A/D轉(zhuǎn)換器等電路。
文檔編號G01R27/26GK2101250SQ9120171
公開日1992年4月8日 申請日期1991年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月26日
發(fā)明者徐光 申請人:福建省龍溪無線電廠